趙季初，郭國(guó)強(qiáng)，吳清華

(1.山東省地勘局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，山東 德州 253072；2.山東省地?zé)崆鍧嵞茉刺綔y(cè)開(kāi)發(fā)與回灌工程技術(shù)研究中心，山東 德州 253072；3.山東省物化探勘查院，山東 濟(jì)南 250000)

0 引言

根據(jù)地?zé)釒c板塊構(gòu)造的空間關(guān)系，全球地?zé)釒Э煞譃榘寰壍責(zé)釒Ш桶鍍?nèi)地?zé)釒1-3]，其中板緣地?zé)釒С＞哂袕?qiáng)烈的火山或巖漿活動(dòng)，是高溫地?zé)豳Y源的主要分布區(qū)，常形成蒸汽型或水汽混合型地?zé)豳Y源。除特殊情況外，板內(nèi)地?zé)釒o(wú)火山或巖漿熱源，形成地?zé)豳Y源的熱源主要為來(lái)自地球內(nèi)部的大地傳導(dǎo)熱流，地下水的深循環(huán)通過(guò)傳導(dǎo)或?qū)α髯饔脧牡貧?nèi)部獲得熱量從而形成水熱型地?zé)豳Y源。隆起型地?zé)崽锸前鍍?nèi)地?zé)釒У闹饕?lèi)型之一[4]。與熱儲(chǔ)分布較均勻的沉積盆地型地?zé)崽锵啾?，隆起型地?zé)崽餆醿?chǔ)分布明顯受斷裂產(chǎn)狀控制，斷裂破碎帶既是地?zé)崴臐B流通道，又是地?zé)崴膬?chǔ)集場(chǎng)所。熱儲(chǔ)分布不均勻，找礦風(fēng)險(xiǎn)大，物探找礦方法是該類(lèi)地?zé)崽镩_(kāi)發(fā)有效的技術(shù)手段。在基巖區(qū)，含水的斷裂破碎帶與圍巖之間的電阻率差異明顯，電法在該類(lèi)地?zé)崽锟碧街芯哂休^好的應(yīng)用效果。

大地電磁測(cè)深(Magneto Telluric sounding，MT)是地?zé)豳Y源勘探中能夠有效地反映數(shù)千米內(nèi)地層視電阻率變化特征的物探方法之一[5]，可控源音頻電磁測(cè)深法(Controlled Source Audio-frequency Magneto Tellurics，CSAMT)具有抗干擾能力強(qiáng)、分辨率高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在地?zé)豳Y源勘探中[6-8]。視電阻率聯(lián)合剖面法對(duì)電性差異明顯的斷裂破碎帶、巖層接觸帶等陡立地質(zhì)體探測(cè)效果良好，地?zé)崴患臄嗔褞щ娮杪蔬h(yuǎn)低于圍巖，可形成明顯的低阻正交異常[9-11]。視電阻率測(cè)深法可根據(jù)電阻率的垂向變化有效劃分不同電性地層[12]。通過(guò)多種物探方法的相互驗(yàn)證，可以降低物探成果的地質(zhì)多解性，提高地質(zhì)解譯準(zhǔn)確度。本文以廈門(mén)香山灣地?zé)崽餅槔?，綜合應(yīng)用CSAMT法、視電阻率聯(lián)合剖面法及視電阻率測(cè)深法，旨在探明富水?dāng)嗔褞У漠a(chǎn)狀，確定地?zé)衢_(kāi)發(fā)靶區(qū)，為隆起型地?zé)崽锏恼业V突破提供借鑒。

1 地質(zhì)背景

福建省地處歐亞大陸板塊東南緣，大地構(gòu)造具有“東西分帶、南北分塊”的特征。NNE向的政和—大埔斷裂帶與NEE向的南平—寧化構(gòu)造-巖漿巖帶將福建省切割成閩東地體(燕山期火山斷陷帶)、閩西北地體(加里東隆起帶)及閩西南地體(海西—印支坳陷帶)3個(gè)地質(zhì)單元[13-15](圖1(a))。研究區(qū)位于福建省漳浦縣佛曇灣東部半島，大地構(gòu)造位于閩東地體，該地體古生代—早中生代長(zhǎng)期處于隆升剝蝕狀態(tài)；侏羅紀(jì)閩東地體發(fā)生大規(guī)模拉張斷陷構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，斷陷帶發(fā)生沉積-火山噴發(fā)作用；晚侏羅世，閩東地體發(fā)生了大規(guī)模酸(中酸)性巖漿噴發(fā)與侵入活動(dòng)[16]；白堊紀(jì)閩東地體巖漿活動(dòng)逐漸減弱以至消失，地體不斷地?cái)囫蘼∑穑还沤o(jì)—新近紀(jì)閩東地體處于整體隆升剝蝕狀態(tài)；第四紀(jì)以來(lái)，地殼運(yùn)動(dòng)重新活躍，形成了新的盆、嶺。

區(qū)域第四系下伏地層發(fā)育泥盆紀(jì)淺變質(zhì)巖，巖性為鉀長(zhǎng)淺粒巖、二長(zhǎng)淺粒巖夾矽線(xiàn)黑云片巖。新近系火山碎屑巖巖性為玄武巖、砂礫巖夾褐煤和油頁(yè)巖。巖漿巖主要為侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)侵入巖(圖1(b))，其中，侏羅紀(jì)侵入巖主要為肉紅色似斑狀中粗粒鉀長(zhǎng)花崗巖、少斑中粒鉀長(zhǎng)花崗巖，白堊紀(jì)侵入巖主要為肉紅色少斑中細(xì)粒鉀長(zhǎng)花崗巖[17]。

(a) 大地構(gòu)造位置 (b) 地質(zhì)簡(jiǎn)圖

研究區(qū)南部及北部丘陵地表出露新近系佛曇群玄武巖、砂礫巖夾泥巖；中間低平地主要為第四系全新統(tǒng)風(fēng)積細(xì)砂、粉細(xì)砂。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)條件及鉆孔實(shí)測(cè)資料，該區(qū)地層自上而下為第四系、新近系和侏羅系。

(1)第四系。主要為風(fēng)積、沖海積松散碎屑巖，巖性為粉細(xì)砂、細(xì)砂及黏性土，厚度一般<20 m。北部地勢(shì)高處賦存豐富的淺層淡水資源，中部低平地及沿海地帶賦存微咸水、咸水。

(2)新近系。主要在南部與北部丘陵區(qū)地表出露，中部低平地隱伏于第四紀(jì)松散巖之下，發(fā)育佛曇群玄武巖、砂礫巖夾泥巖，厚約100 m。巖石致密堅(jiān)硬，地下水主要賦存于成巖裂隙、構(gòu)造裂隙、風(fēng)化裂隙中，富水性極不均一。

(3)侏羅系。主要隱伏于新近系佛曇群之下，巖性為片麻狀花崗巖、混合花崗巖。巖石致密堅(jiān)硬，地下水主要賦存于成巖裂隙、構(gòu)造裂隙及風(fēng)化裂隙中，富水性極不均一。

2 勘探方法及結(jié)果

2.1 勘探方法

根據(jù)CSAMT、視電阻率聯(lián)合剖面及視電阻率測(cè)深的特點(diǎn)，首先，開(kāi)展CSAMT工作，解譯推測(cè)研究區(qū)斷裂的空間分布特征，分析并確定可能的地?zé)崴患囟?；其次，沿垂直斷裂走向布設(shè)視電阻率聯(lián)合剖面，對(duì)CSAMT推測(cè)的斷裂進(jìn)行驗(yàn)證，并進(jìn)一步確定地?zé)崴患囟螖嗔训漠a(chǎn)狀，優(yōu)選地?zé)岬刭|(zhì)鉆探靶區(qū)；最后，在優(yōu)選的地?zé)岬刭|(zhì)鉆探靶區(qū)開(kāi)展視電阻率測(cè)深工作，確定最佳的地?zé)岬刭|(zhì)鉆探靶點(diǎn)。

(1)CSAMT。測(cè)量裝置采用赤道(旁測(cè))裝置，標(biāo)量測(cè)量方式[18]。收發(fā)距R約為8 000 m，發(fā)射電源偶極AB取1 600 m，接收偶極MN取50 m，工作頻率選擇2～9 600 Hz。共布設(shè)16條測(cè)量剖面(圖2)，其中SN向剖面7條，EW向剖面9條，點(diǎn)距50 m，測(cè)點(diǎn)418個(gè)。

圖2 物探工程布置Fig.2 Layout of geophysical prospecting work

(2)視電阻率聯(lián)合剖面。根據(jù)研究區(qū)第四系埋深情況，選用AO為90 m和210 m兩種極距開(kāi)展視電阻率聯(lián)合剖面勘探工作[19]，測(cè)量電極距MN取20 m。共布設(shè)3條勘探剖面線(xiàn)，點(diǎn)距20 m，測(cè)點(diǎn)106個(gè)。其中L1、L2勘探線(xiàn)垂直于CSAMT解譯的F2斷裂布設(shè)，方位角135°；L3勘探線(xiàn)垂直于CSAMT解譯的F1斷裂布設(shè)，方位角45°。

(3)視電阻率測(cè)深。采用等比對(duì)稱(chēng)四極裝置[20]，AB∶MN=5∶1，受場(chǎng)地工作條件限制，AB/2最大取750 m。共布設(shè)勘探剖面2條，點(diǎn)距120 m，測(cè)點(diǎn)12個(gè)。D1勘探線(xiàn)與L1勘探線(xiàn)重疊，D2勘探線(xiàn)與L3勘探線(xiàn)重疊。

2.2 勘探結(jié)果

2.2.1 CSAMT勘探結(jié)果

對(duì)CSAMT野外原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，剔除各種干擾頻點(diǎn)，利用WinGLink軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理反演。根據(jù)野外電場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)，采用公式(1)換算電阻率與頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，采用公式(2)換算探測(cè)深度與頻率、電阻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，繪制各探測(cè)剖面的電阻率斷面等值線(xiàn)圖(圖3、圖4)。

，

(1)

(2)

式中：f為頻率，Hz ；ρω為電阻率，Ω·m；Ex為電場(chǎng)強(qiáng)度，mV/km；Hy為磁場(chǎng)強(qiáng)度，nT；D為探測(cè)深度，m；ρ為大地電阻率，Ω·m。

由圖3、圖4可知，各斷面縱向整體呈上、下2種不同電性地層。上部為由第四系、新近系及侏羅系上部風(fēng)化層組成的相對(duì)低阻地層，電性差異不明顯，整體厚約500 m；下部為侵入巖高阻層。

(1)SN向勘探線(xiàn)(Q線(xiàn))。由斷面的橫向電性特征(圖3)可知，該組剖面在Q1線(xiàn)3 950點(diǎn)、Q2線(xiàn)3 600點(diǎn)、Q3線(xiàn)3 150點(diǎn)、Q4線(xiàn)2 850點(diǎn)、Q5線(xiàn)2 900點(diǎn)、Q6線(xiàn)2 400點(diǎn)附近均有一明顯的電性界面。該界面南側(cè)為高電阻，北側(cè)為低電阻，等值線(xiàn)呈明顯的低阻異常，為斷層異常特征，推斷為F2斷層。通過(guò)分析各剖面點(diǎn)在地表投影點(diǎn)連線(xiàn)，推斷F2斷層走向NE(圖2)，北西向陡傾，斷層切割深度大。

該組剖面在Q3線(xiàn)1 550點(diǎn)、Q4線(xiàn)1 600點(diǎn)、Q5線(xiàn)1 900點(diǎn)均有一明顯的電性界面，視電阻率南高北低，等值線(xiàn)呈明顯的傾斜“V”型低阻異常，為典型的斷層異常特征，推斷該電性界面為F1斷層。通過(guò)分析各剖面斷層地表投影點(diǎn)的連線(xiàn)，推測(cè)F1斷層走向NW(圖2)，傾向北東。

該組剖面在Q3線(xiàn)2 850點(diǎn)、Q4線(xiàn)的2 650點(diǎn)分布向南傾斜的視電阻率等值線(xiàn)梯度帶，推斷為F3斷層，傾向SE。在Q5線(xiàn)1 500點(diǎn)、Q7線(xiàn)1 200點(diǎn)分布向南傾斜的視電阻率等值線(xiàn)梯度帶，推斷為F4斷層，走向NNE，傾向南東。

(2)EW向勘探線(xiàn)(A線(xiàn))。由斷面的橫向電性特征(圖4)分析可知，該組剖面在A(yíng)9線(xiàn)1 900點(diǎn)、A8線(xiàn)1 350點(diǎn)、A7線(xiàn)900點(diǎn)、A6線(xiàn)700點(diǎn)、A5線(xiàn)300點(diǎn)附近有一明顯的電性界面，西側(cè)為低電阻，東側(cè)為高電阻，等值線(xiàn)呈向西傾的梯度帶，為典型的斷層異常特征，該斷層與SN向剖面線(xiàn)推斷的F2斷層展布形態(tài)一致，通過(guò)分析剖面各點(diǎn)在地表投影點(diǎn)的連線(xiàn)，推斷F2斷層走向NE(圖2)，北西向陡傾，斷層切割深度大。

(a) Q1線(xiàn) (b) Q2線(xiàn) (c) Q3線(xiàn) (d) Q6線(xiàn)

(a) A1線(xiàn) (b) A2線(xiàn) (c) A3線(xiàn) (d) A4線(xiàn) (e) A5線(xiàn)

該組剖面在A(yíng)3線(xiàn)600點(diǎn)、A2線(xiàn)900點(diǎn)、A1線(xiàn)1 100點(diǎn)附近有一明顯的電性界面，西側(cè)為高電阻，東側(cè)為低電阻，等值線(xiàn)呈向東傾的梯度帶，為典型的斷層異常特征，該斷層與南北剖面線(xiàn)推斷的F1斷層對(duì)應(yīng)，通過(guò)分析各剖面斷層地表投影點(diǎn)的連線(xiàn)，推測(cè)F1斷層走向NW，傾向北東。

該組剖面在A(yíng)7線(xiàn)1 150點(diǎn)、A6線(xiàn)1 050點(diǎn)、A5線(xiàn)850點(diǎn)、A4線(xiàn)450點(diǎn)，A3線(xiàn)600點(diǎn)附近分布向東傾的視電阻率梯度帶，該斷層與南北剖面線(xiàn)推斷的F3斷層對(duì)應(yīng)，通過(guò)分析各剖面斷層地表投影點(diǎn)的連線(xiàn)，推斷斷層F3走向NE，傾向南東。

2.2.2 視電阻率聯(lián)合剖面勘探結(jié)果

視電阻率聯(lián)合剖面L1勘探線(xiàn)垂直布設(shè)在CSAMT解譯的F2斷裂帶上，采用AMN∞NMB裝置，在L1勘探線(xiàn)視電阻率聯(lián)合剖面ρA、ρB曲線(xiàn)及解譯圖(圖5)上，當(dāng)AO=90 m時(shí)，570點(diǎn)附近出現(xiàn)了明顯的低阻正交點(diǎn)，正交點(diǎn)兩側(cè)ρA、ρB曲線(xiàn)分離較好，表現(xiàn)出明顯的斷裂特征；當(dāng)AO=210 m時(shí)，視電阻率聯(lián)合剖面ρA、ρB曲線(xiàn)形態(tài)與AO=90 m時(shí)ρA、ρB曲線(xiàn)形態(tài)基本一致，540點(diǎn)附近出現(xiàn)明顯低阻正交點(diǎn)，推測(cè)F2斷裂傾向北西，傾角約75°。

(a) AO=90 m (b) AO=210 mρA.A電極視電阻率，Ω·m；ρB.B電極視電阻率，Ω·m圖5 L1勘探線(xiàn)視電阻率聯(lián)合剖面ρA、ρB曲線(xiàn)及解譯Fig.5 ρA、ρB curves of line L1 joint resistivity profiling

視電阻率聯(lián)合剖面L2勘探線(xiàn)垂直布設(shè)在CSAMT解譯的F2斷裂帶，在L2勘探線(xiàn)視電阻率聯(lián)合剖面ρA、ρB曲線(xiàn)及解譯圖(圖6)上，當(dāng)AO=90 m時(shí)，420點(diǎn)附近出現(xiàn)了明顯的低阻正交點(diǎn)，正交點(diǎn)兩側(cè)ρA、ρB曲線(xiàn)分離較好，表現(xiàn)出明顯的斷裂特征；當(dāng)AO=210 m時(shí)，420點(diǎn)附近同樣出現(xiàn)明顯低阻正交點(diǎn)，證實(shí)了F2斷裂的存在，斷裂呈傾角約90°的直立形態(tài)。

(a) AO=90 m (b) AO=210 mρA.A電極視電阻率，Ω·m；ρB.B電極視電阻率，Ω·m圖6 L2勘探線(xiàn)視電阻率聯(lián)合剖面ρA、ρB曲線(xiàn)及解譯Fig.6 ρA、ρB curves of line L2 joint resistivity profiling

視電阻率聯(lián)合剖面L3勘探線(xiàn)垂直于CSAMT解譯的F1斷裂帶布設(shè)，在L3勘探線(xiàn)視電阻率聯(lián)合剖面ρA、ρB曲線(xiàn)及解譯圖(圖7)上，當(dāng)AO=90 m時(shí)，690點(diǎn)附近出現(xiàn)了明顯的低阻正交點(diǎn)，正交點(diǎn)兩側(cè)ρA、ρB曲線(xiàn)分離較好，表現(xiàn)出明顯的斷裂特征；當(dāng)AO=210 m時(shí)，沒(méi)有正交點(diǎn)出現(xiàn)，但在670～690點(diǎn)處ρA、ρB發(fā)生陡變，東北為高電阻，西南為低電阻，推測(cè)斷裂傾向北東，呈傾角約90°的直立形態(tài)。

(a) AO=90 m (b) AO=210 mρA.A電極視電阻率，Ω·m；ρB.B電極視電阻率，Ω·m圖7 L3勘探線(xiàn)視電阻率聯(lián)合剖面ρA、ρB曲線(xiàn)及解譯Fig.7 ρA、ρB curves of line L3 joint resistivity profiling

2.2.3 視電阻率測(cè)深勘探結(jié)果

由視電阻率測(cè)深勘探線(xiàn)視電阻率擬斷面(圖8、圖9)可知，在探測(cè)深度AB/2=750 m范圍內(nèi)，研究區(qū)在垂向上可劃分為淺部高阻層、中部低阻層和深部高阻層3個(gè)電性層。

圖8 D1勘探線(xiàn)視電阻率擬斷面Fig.8 Apparent resistivity pseudo section of D1 resistivity sounding line

圖9 D2勘探線(xiàn)視電阻率擬斷面Fig.9 Apparent resistivity pseudo section of D2 resistivity sounding line

D1勘探線(xiàn)視電阻率擬斷面圖(圖8)在460點(diǎn)垂向分布一低阻體，該低阻體兩側(cè)呈明顯的視電阻率等值線(xiàn)梯級(jí)帶，解譯為斷裂帶，進(jìn)一步驗(yàn)證了F2斷層的存在。

D2勘探線(xiàn)視電阻率擬斷面圖(圖9)在340點(diǎn)垂向分布一低阻體，該低阻體兩側(cè)呈明顯的視電阻率等值線(xiàn)梯級(jí)帶；460點(diǎn)在A(yíng)B/2=15～750 m區(qū)段視電阻率等值線(xiàn)呈“V”型低阻，解譯為斷裂帶，進(jìn)一步驗(yàn)證了F1斷層的存在。

3 靶區(qū)確定與鉆探驗(yàn)證

3.1 靶區(qū)確定

CSAMT、電阻率聯(lián)合剖面及電阻率測(cè)深勘探結(jié)果相互驗(yàn)證了區(qū)內(nèi)存在4條主要斷裂。根據(jù)CSAMT1 000 m探測(cè)深度平面視電阻率等值線(xiàn)分布(圖10)，圈定3個(gè)視電阻率低阻異常區(qū)，其中Z1、Z2低阻異常區(qū)受F2斷裂控制，視電阻率低阻區(qū)位于F2斷裂上盤(pán)。Z3視電阻率低阻異常區(qū)受F3、F1斷裂聯(lián)合控制，位于F3和F1斷裂上盤(pán)交叉區(qū)。研究[21]表明：斷層兩盤(pán)為非可溶的脆性巖石時(shí)，其破碎帶空隙較大，透水性和含水性較強(qiáng)；張性斷層規(guī)模越大，富水性越強(qiáng)；壓性斷層兩盤(pán)(尤其是上盤(pán))巖石的裂隙可能較發(fā)育，形成旁側(cè)裂隙含水帶。區(qū)內(nèi)斷裂兩側(cè)地層為脆性片麻狀花崗巖和混合花崗巖，斷裂性質(zhì)復(fù)雜，張性斷裂與壓性斷裂在地質(zhì)歷史時(shí)期交替變換，斷裂帶兩側(cè)可能形成含水性較好的破碎帶，推測(cè)Z1、Z2、Z3視電阻率低阻異常區(qū)為可能的地?zé)崴患囟?。相?duì)Z1、Z2視電阻率低阻異常區(qū)而言，Z3視電阻率低阻異常區(qū)位于F3、F1斷裂上盤(pán)交叉區(qū)，更有利于熱儲(chǔ)的形成[22]。由于F3、F1為陡傾斷裂，地?zé)岬刭|(zhì)鉆探的靶區(qū)確定為Z3視電阻率低阻異常區(qū)靠近F3、F1斷裂的南部。

圖10 CSAMT 1 000 m探測(cè)深度平面視電阻率等值線(xiàn)分布Fig.10 Apparent resistivity contour map of CSAMT at 1 000 m detection depth

根據(jù)CSAMT視電阻率勘探數(shù)據(jù)繪制的探測(cè)深度100 m、500 m、1 000 m、1 500 m、2 000 m三維切片圖(圖11)，1 000～1 500 m深度內(nèi)擬定的井位處低阻異常明顯，為主要的富水層段，1 500～2 000 m深度內(nèi)仍存在低阻異常，可能賦存地?zé)崴Ｂ癫卦缴?，地層溫度越高，建議適宜的地?zé)岬刭|(zhì)鉆探孔深度>2 000 m。

圖11 CSAMT 視電阻率三維切片F(xiàn)ig.11 Three dimensional slice diagram of the apparent resistivity of CSAMT

3.2 鉆探驗(yàn)證

根據(jù)鉆探結(jié)束靜置72 h后的井溫測(cè)量結(jié)果，孔底溫度為82.6 ℃。通過(guò)測(cè)溫曲線(xiàn)與地溫梯度曲線(xiàn)形態(tài)(圖12)，推斷垂向上發(fā)育2個(gè)含水破碎帶：在1 200～1 325 m區(qū)段及1 425～1 575 m區(qū)段溫度基本保持穩(wěn)定，地溫梯度為零，解譯為第1個(gè)含水破碎帶；2 050～2 175 m區(qū)段解譯為第2個(gè)含水破碎帶。該解譯結(jié)果與物探推測(cè)的該處熱儲(chǔ)發(fā)育受F3、F1斷裂控制相一致，證實(shí)了物探工作的準(zhǔn)確性。

圖12 勘探孔測(cè)溫曲線(xiàn)與地溫梯度曲線(xiàn)Fig.12 Temperature logging and geothermal gradient curves of the exploration hole

4 結(jié)論

(1)綜合運(yùn)用CSAMT、視電阻率聯(lián)合剖面及視電阻率測(cè)深電法物探方法在隆起型地?zé)崽飻嗫匦蜔醿?chǔ)中勘探效果較好，多種方法相互驗(yàn)證，可以有效排除物探解譯結(jié)果的多解性。

(2)斷控型熱儲(chǔ)的最佳鉆探靶區(qū)為多組斷裂上盤(pán)的交匯地區(qū)。

(3)廈門(mén)香山灣地?zé)崽飭尉克?1.76 m3/h，水溫52 ℃，地?zé)崃黧w可溶性總固體含量為6 183.19 mg/L，水化學(xué)類(lèi)型為Cl-Na型。